DE1301063B - Process for the production of vulcanizates containing fillers with high notch toughness - Google Patents
Process for the production of vulcanizates containing fillers with high notch toughnessInfo
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Description
1 21 2
Die Verarbeitung von Kautschukmischungen auf mit ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Anden dafür üblichen Maschinen bietet insbesondere hydrid oder zum anderen durch Pfropfung des Butabei hoch-cis-haltigen Polybutadienen nach wie vor dienpolymerisats hergestellt werden, eine Reihe ungelöster Probleme. Die Umsetzung der Ausgangskomponenten selbstThe processing of rubber compounds with unsaturated carboxylic acids or their Andes The machines commonly used for this purpose are in particular hydride or, on the other hand, by grafting butabene high-cis-polybutadienes are still made of diene polymer, a number of unsolved problems. The implementation of the starting components themselves
Die damit gegebenen Schwierigkeiten sind vor- 5 erfolgt unter den Bedingungen der radikalischen wiegend auf eine mangelhafte Eigenklebrigkeit, auf Polymerisation, wobei bis zu einem Gehalt von 1 bis die unzureichende Konfektionsklebrigkeit des füll- 10 Carboxylgruppen auf 100 Ketten-C-Atome mischstoffhaltigen Rohkautschuks, sowie auf die un- polymerisiert wird (je nach Ausgangsverhältnis Bugünstige Mischungsplastizität und die damit verbun- t tadien zu ungesättigter Säure). Das Molekulargewicht dene ungenügende Spritzbarkeit zurückzuführen. io der so erhaltenen Mischpolymerisate liegt zwischen Demzufolge lassen sich bekanntlich nur Verschnitte 20 000 und 500 000.The difficulties involved are mainly due to a lack of intrinsic tackiness, to polymerization, with up to a level of 1 to the inadequate manufacturing tackiness of the filler- 10 carboxyl groups per 100 chain carbon atoms, as well as crude rubber containing mixed substances is polymerized in the un- (depending on the initial ratio Bugünstige mixture plasticity and the associated t tadien to unsaturated acid). The molecular weight can be attributed to insufficient sprayability. io of the copolymers obtained in this way is between 20,000 and 500,000.
des cis-l,4-Polybutadiens mit Naturkautschuk oder Die so eingeführten Carboxylgruppen werdenof cis-1,4-polybutadiene with natural rubber or the carboxyl groups introduced in this way
Butadien-Styrol-Kautschuk in rationeller und brauch- schließlich durch alkalische Medien neutralisiert. Als barer Weise verarbeiten. Dabei wird jedoch die alkalische Medien kommen vorzugsweise Alkali-Möglichkeit, die extremen Vorzüge des hoch-cis- 15 bzw. Erdalkalimetallhydroxide, -carbonate und haltigen Polybutadiens voll zu nutzen, stark ein- -oxide, daneben auch die entsprechenden Verbingeengt. Hier eine Verbesserung zu erzielen, scheint düngen des Aluminiums und Zinks in Betracht, somit dringend erwünscht. Die Neutralisierung kann z. B. in der Weise er-Butadiene-styrene rubber in more efficient and use- finally neutralized by alkaline media. as process. In doing so, however, the alkaline media come preferably alkali possibility, the extreme advantages of high cis or alkaline earth metal hydroxides, carbonates and full use of polybutadiene containing, strongly single-oxides, besides also the corresponding connections are narrowed. To achieve an improvement here, it seems to be possible to fertilize the aluminum and zinc, therefore urgently desired. The neutralization can e.g. B. in the way
Darüber hinaus zeigen bekanntlich vor allem ruß- folgen, daß die Lösung des Copolymeren in einem gefüllte Vulkanisate aus cis-l,4-Polybutadien einen 20 organischen Lösungsmittel längere Zeit unter kräftinicht ausreichenden Widerstand gegen das Weiterrei- gem Rühren mit einer wäßrigen Lösung eines Metallßen der unter Gebrauchsbedingungen durch mecha- hydroxids, vorzugsweise Erdalkalihydroxids, behannische oder chemische Einflüsse auftretenden Risse. delt und anschließend durch Methanol gefällt wird. Auf diese mangelhafte, als Weiterreißfestigkeit oder Andererseits ist auch die gemeinsame Fällung der Kerbzähigkeit bezeichnete Eigenschaft sind die in 25 wäßrigen Emulsion des Copolymeren mit der in starkem Maß bei Kfz.-, speziell LKW-Reifen aus Wasser gelösten stöchiometrischen Menge eines Polybutadien auftretenden Stollenausbrüche zurück- Metallhydroxids möglich. Schließlich genügt oft zuführen. Es bedarf ebenso dringend neuer Verfall- schon die homogene Verteilung des alkalischen rensweisen, auch hierfür Abhilfe zu schaffen. Mediums, das in diesem Fall nicht unbedingt wasser-In addition, as is known, especially soot consequences show that the solution of the copolymer in one Filled vulcanizates of cis-1,4-polybutadiene do not use an organic solvent for a longer period of time sufficient resistance to further stirring with an aqueous solution of a metal powder under conditions of use by mechanical hydroxides, preferably alkaline earth hydroxides or chemical influences occurring cracks. delt and is then precipitated by methanol. On this inadequate, as tear strength or on the other hand, the common precipitation of the Notch toughness properties are those in 25 aqueous emulsion of the copolymer with the in strong measure in motor vehicle, especially truck tires from water dissolved stoichiometric amount of a Polybutadiene back-breaking tunnels - metal hydroxide possible. After all, it is often enough respectively. There is also an urgent need for new decay - even the homogeneous distribution of the alkaline wise to remedy this as well. Medium, which in this case is not necessarily water-
Es wurde nun gefunden, daß sich füllstoffhaltige 30 löslich sein muß, in der Lösung oder Emulsion des Vulkanisate hoher Kerbzähigkeit auf Basis von Poly- Copolymeren. Da erfolgt die Salzbildung erst im butadien, Mischpolymerisaten des Butadiens oder Verlauf der nachfolgenden üblichen Arbeitsgänge. Polybutadien enthaltenden Verschnitten unter Aus- In diesem Zusammenhang ist außerdem auf dieIt has now been found that filler-containing 30 must be soluble in the solution or emulsion of the Vulcanized products with high notch toughness based on poly copolymers. Since the salt formation only takes place in the butadiene, copolymers of butadiene or the course of the subsequent customary operations. Polybutadiene-containing blends under Aus In this context is also to the
schaltung der dargelegten Nachteile herstellen lassen, Möglichkeit zu verweisen, wonach die alkalische wobei man dem Polymerisat bzw. dem Verschnitt 35 Verbindung der Kautschukmischung auf der Walze 1 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 15 Ge- oder im Kneter zugegeben werden kann, wichtsprozent, eines Mischpolymerisats aus Butadien Die sich an diese Behandlung anschließenden üb-circuit of the disadvantages set out can be made, possibility to refer to the alkaline wherein the polymer or the blend 35 compound of the rubber mixture on the roller 1 to 30 percent by weight, preferably 2 to 15 percent by weight or can be added in a kneader, percent by weight, of a copolymer made from butadiene.
oder Isopren und einer ungesättigten Carbonsäure liehen Verarbeitungsschritte werden dadurch nicht mit 3 bis 10 C-Atomen zusetzt und die so erhaltene beeinflußt. Der Zusatz der beschriebenen Mischpoly-Mischung in bekannter Weise vulkanisiert, wenn ein 40 merisate kann vor der Aufarbeitung des Polybutasolches Mischpolymerisat verwendet wird, das auf dien-Kautschuks zur Lösung oder Emulsion oder 100 Ketten-C-Atome 1 bis 20, zum größten Teil auch später durch Zugabe auf der Walze oder im neutralisierte Carboxylgruppen enthält. Kneter erfolgen.or isoprene and an unsaturated carboxylic acid borrowed processing steps are not thereby with 3 to 10 carbon atoms is added and the one thus obtained is influenced. The addition of the described mixed poly mixture vulcanized in a known manner, if a 40 can merisate before the processing of the polybutasolches Copolymer is used, which is based on diene rubber for solution or emulsion or 100 chain carbon atoms 1 to 20, for the most part also later by adding on the roller or in the contains neutralized carboxyl groups. Mixer done.
Als Polybutadiene, deren Verarbeitungs- und VuI- Die zuzugebenden Mengen an diesen Mischpoly-As polybutadienes, their processing and VuI- The amounts to be added of these mixed poly-
kanisateigenschaften erfindungsgemäß verbessert 45 merisaten betragen 1 bis 30 Gewichtsprozent, vorwerden, kommen in erster Linie hoch-cis-haltige zugsweise 2 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf den Polybutadiene mit Anteilen an cis-l,4-Konfiguration vorgesehenen Rohkautschukanteil. Darüber hinaus von z. B. 30 bis 100% in Frage; daneben eignen sich können diesen Mischungen 2 bis 100 Gewichtsteile, die nach anderen Verfahren hergestellten Butadien- vorzugsweise 5 bis 50 Teile Strecköl, bezogen auf polymeren, ζ. B. deren Mischpolymerisate mit Styrol, 50 den eingesetzten Polybutadien-Kautschuk, zugegeben sowie synthetische und natürliche Polyisoprene. Da- werden, ohne daß die vorteilhaften Eigenschaften des bei ist es gleichgültig, ob diese nach dem Emulsions- Vulkanisats wesentlich beeinträchtigt werden. Dabei verfahren oder durch Lösungspolymerisation in kann es sich um paraffinische, naphthenische oder Gegenwart von Alkalimetallen, metallorganischen aromatische Öle handeln.canisate properties improved according to the invention 45 merisates are 1 to 30 percent by weight, come primarily high-cis content, preferably 2 to 15 percent by weight, based on the Polybutadienes with proportions of the cis-1,4 configuration provided raw rubber. Furthermore from Z. B. 30 to 100% in question; in addition, these mixtures can be 2 to 100 parts by weight, the butadiene produced by other processes, preferably 5 to 50 parts of extending oil, based on polymers, ζ. B. their copolymers with styrene, 50 the polybutadiene rubber used, added as well as synthetic and natural polyisoprenes. Become there without affecting the advantageous properties of the in the case of it is irrelevant whether these are significantly impaired after the emulsion vulcanizate. Included process or by solution polymerization in it can be paraffinic, naphthenic or Presence of alkali metals, organometallic aromatic oils act.
Verbindungen oder Redox-Systemen hergestellt wor- 55 Der Rußgehalt kann 30 bis 120, vorzugsweise 40 den sind. bis 70 Gewichtsteile, bezogen auf den eingesetztenCompounds or redox systems produced 55 The carbon black content can be 30 to 120, preferably 40 who are. up to 70 parts by weight, based on the amount used
In gleicher Weise lassen sich auch Verschnitte ver- Kautschuk, betragen. Daneben sind Füllstoffe andewenden. rer Art unter den gleichen Bedingungen verwendbar.In the same way, cuttings can also be made of rubber. In addition, fillers are to be used. of this kind can be used under the same conditions.
Insbesondere kommen hier Mischungen von Poly- Die Vulkanisation der beschriebenen MischungenIn particular, mixtures of poly- The vulcanization of the mixtures described come here
butadienen mit Butadien-Styrol-Kautschuktypen 60 erfolgt in der üblichen Weise. Dabei sind sämtliche (gleichgültig, ob diese mit Redox-Systemen oder mit- Schwefel-Beschleuniger-Systeme ohne Einschräntels metallorganischer Verbindungen in Lösung her- kung anwendbar, wobei deren Anteile auf eingesetzgestellt wurden), vor allem aber mit Naturkautschuk, ten Kautschuk und Copolymerisat zu beziehen sind, sowie mit synthetischen Polyisoprenen in Frage. Daneben können auch andere Vulkanisationstech-butadienes with butadiene-styrene rubber types 60 are carried out in the usual way. All of them are there (It does not matter whether these are with redox systems or with sulfur accelerator systems without restriction organometallic compounds in solution can be used for production, with their proportions being used were), but are mainly available with natural rubber, th rubber and copolymer, as well as with synthetic polyisoprenes in question. In addition, other vulcanization technologies
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Misch- 65 niken, wie Vernetzung mit Peroxiden oder die Harzpolymerisate aus Butadien und einer ungesättigten vulkanisation, in bekannter Weise mit gleichem Er-Carbonsäure mit 3 bis 10 C-Atomen können einmal folg zu Anwendung kommen, durch Copolymerisation des Butadiens oder Isoprens Die nach dem vorliegenden Verfahren herstell·The mixtures to be used according to the invention, such as crosslinking with peroxides or the resin polymers from butadiene and an unsaturated vulcanization, in a known manner with the same Er carboxylic acid with 3 to 10 carbon atoms can be used once, by copolymerization of butadiene or isoprene.
baren Vulkanisate weisen insbesondere beim reinen hoch-cis-haltigen Polybutadien sowie bei Verschnitten, in denen es in hohen Anteilen enthalten ist, eine beträchtlich erhöhte Kerbzähigkeit auf. Schon bei Zusatz von 2 bis 5 Gewichtsprozent der erfindungsgemäß zu verwenden Mischpolymerisate werden die Werte deutlich angehoben; bei Zusatz von 10 Teilen werden Wertsteigerungen von mehr als 100% beobachtet. Dabei erfahren alle übrigen Eigenschaften, einschließlich der Elastizität, nur geringfügige Änderungen. especially with pure high-cis-content polybutadiene and with blends, in which it is contained in high proportions, has a considerably increased notch toughness. Already at Addition of 2 to 5 percent by weight of the copolymers to be used according to the invention are the Values increased significantly; when 10 parts are added, increases in value of more than 100% are observed. All other properties, including elasticity, experience only minor changes.
Neben der Plastizitätsverbesserung der Rohmischung mit allen davon beeinflußten Vorgängen, worunter allgemein die Verarbeitbarkeit durch Walzen, Kneten, Kalandrieren, Spritzen zu verstehen ist, tritt mit zunehmender Dosierung der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate insbesondere der positive Einfluß auf die Spritzbarkeit immer deutlicher hervor. So werden gerade bei Polybutadienen die Fließvorgänge erheblich begünstigt. Daraus resultiert eine einheitlichere Gestalt des Spritzlings bei glatter Oberfläche. Die Plastizitäten derartiger Mischungen liegen stets erheblich niedriger als die der Vergleichsproben, d. h. der Polybutadienmischungen ohne Zusatz solcher Copolymerisate. Auch die Verbesserung der Konfektionsklebrigkeit läßt sich durch einfachen Handtest deutlich machen.In addition to the plasticity improvement of the raw mixture with all processes influenced by it, which generally means processability by rolling, kneading, calendering, spraying, the positive in particular occurs with increasing dosage of the copolymers according to the invention Influence on the sprayability becomes more and more evident. This is how the polybutadienes Flow processes are significantly favored. This results in a more uniform shape of the molded part with a smoother one Surface. The plasticities of such mixtures are always considerably lower than those of the comparison samples; H. of the polybutadiene mixtures without additives such copolymers. The improvement of the manufacturing tack can also be achieved by simple Make hand test clear.
Die auf diese Weise hergestellten Vulkanisate können mit Vorteil im Reifensektor, speziell bei LKW-Reifen, sowie bei der Fertigung anderer Gummiartikel, bei denen eine hohe Kerbzähigkeit erwünscht ist, Anwendung finden.The vulcanizates produced in this way can be used with advantage in the tire sector, especially for truck tires, as well as in the manufacture of other rubber articles where high notch toughness is desired is to apply.
ττ
4670 g Xylol, 1800 g Butadien, 200 g Acrylsäure, 20 g tert.-Dodecylmercaptan und 10 g Di-tert.-butylperoxid wurden bei 12O0C und einer Reaktionszeit von 50 Stunden einer geregelten radikalischen Copolymerisation unterworfen.4670 g of xylene, 1800 g of butadiene, 200 g of acrylic acid, 20 g of tert-dodecyl mercaptan and 10 g of di-tert-butyl peroxide were subjected to at 12O 0 C and a reaction time of 50 hours a controlled free-radical copolymerization.
Die xylolische Lösung des Copolymerisate wurde mit einer für die Neutralisation der Carboxylgruppe notwendigen stöchiometrischen Menge von Bariumhydroxid versetzt und 5 Stunden bei 500C kräftig gerührt. Die dabei entstehende Emulsion wurde mit Methanol gefällt und das Erdalkalien enthaltende Polymerisat im Vakuum-Trockenschrank getrocknet.The xylene solution of the copolymers was added with a necessary for the neutralization of the carboxyl stoichiometric amount of barium hydroxide and stirred for 5 hours at 50 0 C vigorously. The resulting emulsion was precipitated with methanol and the polymer containing alkaline earths was dried in a vacuum drying cabinet.
II. Herstellung der KautschukmischungII. Preparation of the rubber mixture
RezepturRecipe
Gewichtsteile
cis-Polybutadien 100,00Parts by weight
cis polybutadiene 100.00
(Copolymerisat nach I) variable Mengen(Copolymer according to I) variable amounts
gemäß Tabelleaccording to table
Hochabriebfester Ofenruß ... 50,00Highly abrasion-resistant furnace soot ... 50.00
Stearinsäure 2,00Stearic acid 2.00
ZnO 3,00ZnO 3.00
Phenyl-yS-naphthylamin 1,00Phenyl-yS-naphthylamine 1.00
Aromatisches öl 8,00Aromatic oil 8.00
Schwefel 2,00Sulfur 2.00
N-Cyclohexyl-benzthiazylsulfenamid 0,75N-Cyclohexyl-benzthiazylsulfenamide 0.75
Heizung: 40 Minuten bei 143° C.Heating: 40 minutes at 143 ° C.
ver-
formunjpressure
ver
formunj
T-IT-I
T-I OO
TI
T-I OO
TI
TH r-
TH
/Mrubbed
/ M
Q Ü
Q
ilastizitiickpi
ilastizi
KK
OO
rraveafter
rrave
coco
ΟΟΟΟ
τ—Ιτ — Ι
300%module
300%
ONON
ΟΟΟΟ
OOOO
11
COOQ
CO
fa r «
fa
T-I co
TI
T-I co
TI
T-I co
TI
merisai: e men
merisai
poly:setzl
poly:
(B(B.
ΚΩΚΩ
SlSl
OO
Der Effekt der erheblichen Erhöhung der Kerbzähigkeit von cis-l^-Polybutadienvulkanisaten mit steigender Dosierung der erfindungsgemäß zu verwendenden Mischpolymerisate kommt am Beispiel von drei verschiedenen Prüfmethoden hier deutlich zum Ausdruck, ohne daß eine wesentliche Beeinträchtigung des übrigen Wertebildes zu verzeichnen ist.The effect of the considerable increase in the notch toughness of cis-l ^ -Polybutadiene Vulkanisaten with increasing dosage of the copolymers to be used according to the invention is given by way of example of three different test methods clearly expressed here without any significant impairment of the rest of the values.
Analog den Angaben des Beispiels 1 wurde ein Copolymerisat aus Butadien und Zimtsäure hergestellt. Die Herstellung der Kautschukmischung erfolgte ebenfalls wie im Beispiel 1 beschrieben, lediglich wurde die Schwefeldosierung auf 2,5 Gewichtsteile erhöht. A copolymer of butadiene and cinnamic acid was prepared analogously to the information in Example 1. The rubber mixture was also produced as described in Example 1, only the sulfur dosage was increased to 2.5 parts by weight.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.The results obtained are shown in Table 2.
CopolymerisatAmount added
Copolymer
ViskositätMooney
viscosity
300%module
300%
nach PohleNotch
to Pohle
nach Gravesability
after Graves
■»-■ + vKg / CmJ
■ »- ■ +
mittels
Halbmondprobe
(kg/cm)Notch toughness
by means of
Crescent rehearsal
(kg / cm)
(° Shore)hardness
(° Shore)
Elast
CV
220CBack
Elast
CV
22 0 C
zität
o)
750Cbulging
ity
O)
75 0 C
verformungs
rest
22h/75°Cpressure
deformation
rest
22h / 75 ° C
CopolymerisatAmount added
Copolymer
57 50
61 6026 31
57 50
61 60
DehnungPermanent
strain
62
6261
62
62
52
5155
52
51
54
53 56
54
53
20
2529
20th
25th
+5 Teile
+ 10TeUeWithout addition
+5 parts
+ 10TeUe
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